JP5888822B2 - Kinematic support mechanism - Google Patents
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Description
本発明はキネマティック支持機構に関し、とくに「V溝−V溝−V溝」方式のものに関する。 The present invention relates to a kinematic support mechanism, and more particularly to a "V-groove-V-groove-V-groove" type.
キネマティック支持機構は、2つの基盤の相対的位置関係を高い精度で再現するとともに、基盤間の熱膨張の違いを逃がして変形を避けるための支持機構である。従来のキネマティック支持機構は、3つのボール状凸部(キネマボール)が固定された基盤(ボール側基盤)と、これに対向する基盤(受け側基盤)とを備える。 The kinematic support mechanism is a support mechanism that reproduces the relative positional relationship between two substrates with high accuracy, and also avoids deformation by escaping the difference in thermal expansion between the substrates. A conventional kinematic support mechanism includes a base (ball-side base) to which three ball-shaped convex portions (kinema balls) are fixed, and a base (receiving-side base) facing the base.
図7および図8に、従来のキネマティック支持機構の構成の例を模式的に示す。図8(a)(b)(c)はそれぞれ図7のVIIIa−VIIIa線、VIIIb−VIIIb線、VIIIc−VIIIc線に沿った断面図である。ボール側基盤10にはボール状凸部30、40および50が固定されて設けられており、これらがそれぞれ受け側基盤20に当接することにより、ボール側基盤10と受け側基盤20との相対的位置関係を一意に決定する。
7 and 8 schematically show examples of the configuration of a conventional kinematic support mechanism. 8A, 8B, and 8C are cross-sectional views taken along lines VIIIa-VIIIa, VIIIb-VIIIb, and VIIIc-VIIIc of FIG. 7, respectively. Ball-shaped
ボール状凸部30、40および50は、それぞれ受け側基盤20のV溝21、22および23に2点で当接する。このように、ボール側基盤10と受け側基盤20とが合計6点で接することにより、相対的位置を表す6つの自由度(X,Y,Z,θx,θy,θz)を束縛して位置を決定する。
The ball-shaped
図9に、従来のキネマティック支持機構の構成の他の例を模式的に示す。この例では、図8に示す「V溝−V溝−V溝」に代えて、「平面−V溝−円錐」という構成が用いられている。ボール状凸部30は平面部24に1点で当接し、ボール状凸部40はV溝22に2点で当接し、ボール状凸部50は円錐凹部25に円(または3点)で当接する。このように、ボール側基盤10と受け側基盤20とが合計3点と円(または6点)で接することにより、相対的位置を表す6つの自由度(X,Y,Z,θx,θy,θz)を束縛して位置を決定する。
FIG. 9 schematically shows another example of the configuration of a conventional kinematic support mechanism. In this example, instead of “V-groove-V-groove-V-groove” shown in FIG. 8, a configuration of “plane-V-groove-cone” is used. The ball-
このようなキネマティック支持機構の構成の例として、特許文献1に従来技術として記載される構成が挙げられる。特許文献1の図9には、「平面−V溝−円錐」方式の例と、「V溝−V溝−V溝」方式の例とが示されている。 As an example of the configuration of such a kinematic support mechanism, there is a configuration described in Patent Document 1 as a conventional technique. FIG. 9 of Patent Document 1 shows an example of a “plane-V groove-cone” method and an example of a “V groove-V groove-V groove” method.
また、特許文献2には、キネマティック支持機構の一部を変形した構成の例が記載されている。特許文献2の図1A〜図1Dには、「平面−V溝−円錐」方式の例が示されている。 Patent Document 2 describes an example of a configuration in which a part of a kinematic support mechanism is deformed. 1A to 1D of Patent Document 2 show an example of a “plane-V groove-cone” system.
「平面−V溝−円錐」方式については、ボール状凸部に代えて、いずれの基盤にも固定されない球体を用いることが知られている。特許文献3の図6には、このような構成の例が示されている。 As for the “plane-V groove-cone” method, it is known to use a sphere that is not fixed to any base instead of the ball-shaped convex portion. FIG. 6 of Patent Document 3 shows an example of such a configuration.
「V溝−V溝−V溝」方式のキネマティック支持機構が理想的に機能するためには、ボール側基盤と受け側基盤とがボール状凸部を介して接触し、ボール側基盤のボール状凸部と、受け側基盤との接点が抵抗なく移動する(滑る)ことが必要である。しかしながら、従来の技術では、ボール側基盤のボール状凸部と、受け側基盤との間に摩擦が発生する場合があるという問題があった。摩擦に起因する好ましくない事象の例として、基盤の位置精度が低下する、機構に好ましくない力がかかり変位や変形を起こす、等が挙げられる。 In order for the kinematic support mechanism of the “V-groove-V-groove-V-groove” system to function ideally, the ball-side base and the receiving-side base come into contact via a ball-shaped convex portion, and the ball-side base ball It is necessary that the contact between the convex portion and the receiving base moves (slides) without resistance. However, the conventional technique has a problem that friction may occur between the ball-shaped convex portion of the ball side base and the receiving side base. Examples of undesirable events caused by friction include a decrease in the positional accuracy of the base, an undesirable force applied to the mechanism, and displacement and deformation.
なお、上記特許文献3のように、「平面−V溝−円錐」方式のものについては、いずれの基盤にも固定されない球体を用いることが知られている。また、特許文献4には、「V溝−V溝−V溝」方式のものについて、いずれの基盤にも固定されない球体を用いることが記載されている。 As in the above-mentioned Patent Document 3, it is known to use a sphere that is not fixed to any base for the “plane-V groove-cone” type . Further, Patent Document 4 describes using a sphere that is not fixed to any base for the “V groove-V groove-V groove” type.
この発明は、特に「V溝−V溝−V溝」方式を改良するためになされたものであり、「V溝−V溝−V溝」方式のキネマティック支持機構において、部材の設置誤差を低減するものを提供することを目的とする。 The present invention has been made to improve the “V-groove-V-groove-V-groove” method, and in the kinematic support mechanism of the “V-groove-V-groove-V-groove” method, the installation error of the member is reduced . The object is to provide a reduction.
上述の問題点を解決するため、この発明に係るキネマティック支持機構は、第1支持部材、第2支持部材、第1ボール、第2ボールおよび第3ボールを備える、キネマティック支持機構であって、
前記第1支持部材は、第1溝部、第2溝部および第3溝部を備え、
前記第2支持部材は、第4溝部、第5溝部および第6溝部を備え、
前記第1ボール、第2ボールおよび第3ボールは、いずれも前記第1支持部材および前記第2支持部材に対して運動可能であり、
前記第1溝部および前記第4溝部は、前記第1ボールを挟んで対向し、
前記第2溝部および前記第5溝部は、前記第2ボールを挟んで対向し、
前記第3溝部および前記第6溝部は、前記第3ボールを挟んで対向し、
前記第1支持部材は、
前記第1ボールの位置を第1の移動範囲内に制限する第1ボール保持機構と、
前記第2ボールの位置を第2の移動範囲内に制限する第2ボール保持機構と、
前記第3ボールの位置を第3の移動範囲内に制限する第3ボール保持機構と、
を備え、
前記各移動範囲は有限の広がりを有し、
前記第1ボール保持機構は、前記第1ボールを前記第1の移動範囲の内側方向に付勢する弾性部材を備え、
前記第2ボール保持機構は、前記第2ボールを前記第2の移動範囲の内側方向に付勢する弾性部材を備え、
前記第3ボール保持機構は、前記第3ボールを前記第3の移動範囲の内側方向に付勢する弾性部材を備える。
また、この発明に係るキネマティック支持機構は、第1支持部材、第2支持部材、第1ボール、第2ボールおよび第3ボールを備える、キネマティック支持機構であって、
前記第1支持部材は、第1溝部、第2溝部および第3溝部を備え、
前記第2支持部材は、第4溝部、第5溝部および第6溝部を備え、
前記第1ボール、第2ボールおよび第3ボールは、いずれも前記第1支持部材および前記第2支持部材に対して運動可能であり、
前記第1溝部および前記第4溝部は、前記第1ボールを挟んで対向し、
前記第2溝部および前記第5溝部は、前記第2ボールを挟んで対向し、
前記第3溝部および前記第6溝部は、前記第3ボールを挟んで対向し、
ボール固定状態とボール移動可能状態とを切り替え可能なボール保持機構を備える。
In order to solve the above-mentioned problems, a kinematic support mechanism according to the present invention is a kinematic support mechanism including a first support member, a second support member, a first ball, a second ball, and a third ball. ,
The first support member includes a first groove portion, a second groove portion, and a third groove portion,
The second support member includes a fourth groove portion, a fifth groove portion, and a sixth groove portion,
The first ball, the second ball, and the third ball are all movable with respect to the first support member and the second support member;
The first groove portion and the fourth groove portion face each other with the first ball interposed therebetween,
The second groove portion and the fifth groove portion face each other with the second ball interposed therebetween,
The third groove portion and the sixth groove portion face each other with the third ball interposed therebetween ,
The first support member is
A first ball holding mechanism for limiting the position of the first ball within a first movement range;
A second ball holding mechanism for limiting the position of the second ball within a second movement range;
A third ball holding mechanism for limiting the position of the third ball within a third movement range;
With
Each of the moving ranges has a finite extent;
The first ball holding mechanism includes an elastic member that biases the first ball toward the inner side of the first movement range,
The second ball holding mechanism includes an elastic member that biases the second ball toward the inner side of the second movement range,
The third ball holding mechanism, Ru includes an elastic member for biasing said third ball inwardly of the third movement range of.
The kinematic support mechanism according to the present invention is a kinematic support mechanism comprising a first support member, a second support member, a first ball, a second ball, and a third ball,
The first support member includes a first groove portion, a second groove portion, and a third groove portion,
The second support member includes a fourth groove portion, a fifth groove portion, and a sixth groove portion,
The first ball, the second ball, and the third ball are all movable with respect to the first support member and the second support member;
The first groove portion and the fourth groove portion face each other with the first ball interposed therebetween,
The second groove portion and the fifth groove portion face each other with the second ball interposed therebetween,
The third groove portion and the sixth groove portion face each other with the third ball interposed therebetween,
A ball holding mechanism capable of switching between a ball fixed state and a ball movable state is provided.
第1溝部、第2溝部および第3溝部は、放射状に配置され、
第4溝部、第5溝部および第6溝部は、放射状に配置され、
前記第1溝部は2点において前記第1ボールに当接し、
前記第2溝部は2点において前記第2ボールに当接し、
前記第3溝部は2点において前記第3ボールに当接し、
前記第4溝部は2点において前記第1ボールに当接し、
前記第5溝部は2点において前記第2ボールに当接し、
前記第6溝部は2点において前記第3ボールに当接してもよい。
前記第1支持部材および第2支持部材を、互いに向かって付勢する押付手段をさらに備えてもよい。
The first groove portion, the second groove portion and the third groove portion are arranged radially,
The fourth groove portion, the fifth groove portion and the sixth groove portion are arranged radially,
The first groove abuts the first ball at two points,
The second groove portion contacts the second ball at two points,
The third groove portion contacts the third ball at two points,
The fourth groove portion contacts the first ball at two points,
The fifth groove abuts on the second ball at two points,
The sixth groove portion may contact the third ball at two points .
The pre-Symbol first support member and the second support member may further comprise a pressing means for biasing toward each other.
この発明に係るキネマティック支持機構によれば、ボール保持機構の作用により基盤設置時のキネマボールの位置がより正確に決まるので、部材の設置精度を向上させることができる。 According to the kinematic support mechanism according to the present invention, the position of the kinema ball at the time of base installation is more accurately determined by the action of the ball holding mechanism, so that the member installation accuracy can be improved .
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、本発明の実施の形態1に係るキネマティック支持機構100の構成を示す。キネマティック支持機構100は、「V溝−V溝−V溝」方式のキネマティック支持機構と呼ぶことができるものである。なお図1は構成要素の概略を示すものであり、各構成要素の具体的構造や位置関係等について厳密ではない(たとえば、各V溝は各基盤の表面から突出して設けられるように図示しているが、実際には各基盤の表面に彫り込まれるように設けられる場合がある)。キネマティック支持機構100は、たとえばキネマティック支持装置の一部として構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration of a
キネマティック支持機構100は、ボール側基盤110(第1支持部材)および受け側基盤120(第2支持部材)を備える。ボール側基盤110は、V溝111(第1溝部)、V溝112(第2溝部)およびV溝113(第3溝部)を備える。
The
ボール側基盤110に関連して、キネマボールとして、キネマボール130(第1ボール)、キネマボール140(第2ボール)およびキネマボール150(第3ボール)が設けられる。キネマボール130、140および150は、それぞれV溝111、V溝112およびV溝113に配置される。キネマボール130、140および150は、たとえば球体である。
In relation to the ball-
ボール側基盤110は、ボール保持機構161(第1ボール保持機構)、ボール保持機構162(第2ボール保持機構)およびボール保持機構163(第3ボール保持機構)を備える。ボール保持機構161、162および163は、それぞれキネマボール130、140および150の周囲に配置される。とくに図示しないが、ボール保持機構161、162および163はボール側基盤110に固定される。なお、ボール保持機構161、162および163は、いずれも、ボール側基盤110にも受け側基盤120にも直接的には接触せず、なんらかの支持部材を介してボール側基盤110の傍に保持されていてもよい。
The ball-
受け側基盤120は、たとえば従来の「V溝−V溝−V溝」方式の受け側基盤と同様に構成することができるが、一例を添付図面に示している。受け側基盤120は、V溝121(第4溝部)、V溝122(第5溝部)およびV溝123(第6溝部)を備える。
The receiving
ボール側基盤110のV溝111は、0度より大きく180度より小さい角度をなす2つの平面それぞれの一部を含んでおり、球体の中心がある線分上を移動する場合に、常にその球体と2点で当接するよう構成される。ボール側基盤110のV溝112およびV溝113も同様であり、また、受け側基盤120のV溝121〜123も同様である。この線分の方向を各V溝の方向とする。
The V-shaped
ボール側基盤110のV溝111と、受け側基盤120のV溝121とは、キネマボール130を挟んで対向する。同様に、ボール側基盤110のV溝112と、受け側基盤120のV溝122とは、キネマボール140を挟んで対向し、ボール側基盤110のV溝113と、受け側基盤120のV溝123とは、キネマボール150を挟んで対向する。対向する2つのV溝(たとえばV溝112とV溝122)は、この例では互いに平行である。
The V-
図2および図3に、キネマボール130、140および150周辺のより詳細な構成を示す。
なお、添付の各図面では、図示の都合上、各基盤の垂線が鉛直方向となるよう、とくに、ボール側基盤110が下側に、受け側基盤120が上側にそれぞれ配置されるよう図示している。しかしながら、実際にキネマティック支持機構100を設置する際には、これらの配置をどのように決定してもよく、たとえばボール側基盤110が上側となるように配置してもよい。また、各基盤の垂線が水平方向または斜め方向となるよう配置してもよい。
2 and 3 show a detailed configuration around the
In the attached drawings, for the sake of illustration, it is illustrated that the vertical line of each base is in the vertical direction, in particular, the
ボール側基盤110のV溝111、V溝112およびV溝113は、たとえば同一平面上または略同一平面上に、放射状に配置される。受け側基盤120のV溝121、V溝122およびV溝123の関係も同様である。
The V-
図3(a)は、キネマボール130の中心を通りV溝111と直交する平面(図2のIIIa−IIIa線に沿った平面)による、キネマボール130およびその周辺の断面図である。図3(b)は、キネマボール140の中心を通りV溝112と直交する平面(図2のIIIb−IIIb線に沿った平面)による、キネマボール140およびその周辺の断面図である。図3(c)は、キネマボール150の中心を通りV溝113と直交する平面(図2のIIIc−IIIc線に沿った平面)による、キネマボール150およびその周辺の断面図である。なお、図3において、ボール保持機構161、162および163については断面による切断部端面のみ示している。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the
キネマボール130、140および150は、いずれも、ボール側基盤110および受け側基盤120に対して所定範囲内で運動可能である。本明細書において「運動」とは、移動(すなわち中心位置の変位)、中心の周りの回転、転動、およびこれらの組合せを含む。また、移動可能な範囲は、ボール保持機構によって制限される。ボール保持機構161は、キネマボール130の位置を所定の移動範囲(第1の移動範囲)内に制限し、ボール保持機構162は、キネマボール140の位置を所定の移動範囲(第2の移動範囲)内に制限し、ボール保持機構163は、キネマボール150の位置を所定の移動範囲(第3の移動範囲)内に制限する。
All of the
移動範囲は、ゼロでない有限の広がりを有する。たとえば、キネマボール130がV溝111上で移動する場合には、キネマボール130の中心の移動範囲はV溝111と平行な線上(たとえば、V溝111またはこれに対応する構造の形状に応じた直線または曲線上)となり、有限の長さとなる。
The moving range has a non-zero finite extent. For example, when the
ボール保持機構161、162および163の具体的構成は、とくに詳細には示さないが、本明細書の記載に基づき当業者が適宜設計できる。たとえばボール保持機構161、162および163は、太さを有する円環形状の弾性部材(ゴム等)を用いて形成することができる。このように構成すると、ボール保持機構161、162および163の弾性部材が、それぞれキネマボール130、140および150を移動範囲の内側方向に付勢することになる。ここで、「内側方向」とは、たとえば、各ボールと、それぞれの移動範囲の中心との距離を短くする方向として定義可能である。
Specific configurations of the
また、図1および図3に示すように、たとえばボール保持機構161の内径を、キネマボール130の直径より所定長だけ大きい値に設計すれば、この所定長と、ボール保持機構161の弾性とが、キネマボール130の移動範囲を規定することになる。ボール保持機構162とキネマボール140との関係、および、ボール保持機構163とキネマボール150との関係についても同様である。また、ボール保持機構の一部または全部を非弾性部材(金属等)で構成することもできる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, for example, if the inner diameter of the
図3に示すように、ボール側基盤110のV溝111と、受け側基盤120のV溝121とは、キネマボール130を挟んで対向し、それぞれ2点においてキネマボール130に当接する。ボール側基盤110のV溝112と、受け側基盤120のV溝122とは、キネマボール140を挟んで対向し、それぞれ2点においてキネマボール140に当接する。ボール側基盤110のV溝113と、受け側基盤120のV溝123とは、キネマボール150を挟んで対向し、それぞれ2点においてキネマボール150に当接する。
As shown in FIG. 3, the V-
このようにして、キネマティック支持機構100の各基盤は、3つのV溝がそれぞれ2点でボールに当接することにより、合計6点でボールに当接する。この結果、キネマティック支持機構100は、ボール側基盤110と受け側基盤120との相対的位置関係を規定する6つの自由度をすべて束縛し、相対的位置を一意に決定して2つの基盤を互いに固定する。なお、キネマボール130、140および150と、受け側基盤120との接点は、これ以外に存在しないので、余分な束縛が発生せず、キネマティック支持機構100の内部に好ましくない力がかからない。
In this way, each base of the
また、各キネマボールは、ボール側基盤110にも受け側基盤120にも固定されていない。このため、ボール側基盤110と受け側基盤120との熱膨張の違い等により基盤が相対的に伸縮した場合には、これに合わせて各キネマボールが自由に転動する。とくに、各キネマボールがいずれの基盤にも固定されておらず、各V溝に沿って自由に転動できるので、摩擦力を低減できる。
Further, each kinema ball is not fixed to the
たとえばキネマボール130は、V溝111に沿って転動することにより、V溝111方向の相対的な基盤の伸縮を逃がす。なお、キネマボール130はV溝111およびV溝121によって挟まれており、ボール側基盤110とも受け側基盤120とも2点で接しているので、片方の基盤がV溝111と直交する方向にずれてキネマボール130が逸脱してしまうようなことがない(ただし2つの基盤間には互いに向かう方向に適切な押し付け力が働いていることを前提とする)。同様に、キネマボール140および150は、それぞれV溝112および113に沿って転動することにより、それぞれV溝112および113に沿った方向の相対的な伸縮を逃がす。
For example, the
以下、従来技術に係る構成と、本発明の構成との相違の一部について説明する。
図7および図8に示す従来の構成では、理想的には、ボール状凸部30、40および50がそれぞれV溝21、22および23に接しながら対応する方向に滑り、その方向の伸縮を逃がす。しかしながら、各ボール状凸部と各V溝の間には静止摩擦が発生しており、また各ボール状凸部が滑る際にも滑り摩擦が発生するので、摩擦が比較的大きく、基盤の伸縮に正確に対応する位置まで各ボール状凸部が滑らない可能性がある。
Hereinafter, a part of the difference between the configuration according to the prior art and the configuration of the present invention will be described.
In the conventional configuration shown in FIGS. 7 and 8, ideally, the ball-shaped
これに対し、図2および図3に示す本発明の構成では、キネマボール130、140および150がボール側基盤110に固定されておらず、自由に転動することができるので、摩擦力を低減できる。一般に、転がり摩擦は、静止摩擦の1/1000〜1/10000またはその程度のオーダーである。このように、低摩擦で基盤の伸縮を逃がすことができるので、基盤の伸縮によってキネマティック支持機構100にかかる力を低減し、低歪のキネマティック支持装置を実現できる。結果として、支持されるべき部材(光学部品等)を、キネマティック支持装置に再現性よく設置することができる。
On the other hand, in the configuration of the present invention shown in FIGS. 2 and 3, the
また、特許文献2に記載される構成には、基盤間で対向する部分の形状がすべて互いに一致しているものはない。たとえば、V溝と平面部が対向したり、V溝と円錐凹部が対向したりしている。このような構成では、キネマボールが転がると基盤間の相対的位置関係を一意に決定することができないので、厳密にはキネマティック支持機構として機能せず、位置の再現性が低くなる。 In addition, none of the configurations described in Patent Document 2 have the same shape of the portions facing each other between the substrates. For example, the V groove and the flat part are opposed, or the V groove and the conical concave part are opposed. In such a configuration, when the kinema ball rolls, the relative positional relationship between the bases cannot be uniquely determined. Therefore, strictly, it does not function as a kinematic support mechanism, and the position reproducibility is lowered.
なお、上記[背景技術]の章でも述べたように、特許文献3の図6には、「平面−V溝−円錐」方式のものについて、いずれの基盤にも固定されない球体を用いることが知られている。また、特許文献4には、「V溝−V溝−V溝」方式のものについて、いずれの基盤にも固定されない球体を用いることが知られている。「V溝−V溝−V溝」方式のものについて、固定されていないボールの位置を正確に規制する機構を設け、位置決め機構としてより高い性能を得られるようにしたことに、本発明の進歩性の一部が存在する。 As described in the section [Background Art], FIG. 6 of Patent Document 3 uses a sphere that is not fixed to any base for the “plane-V groove-cone” type. It has been. Further, in Patent Document 4, it is known to use a sphere that is not fixed to any base for the “V groove-V groove-V groove” type. For the "V-groove-V-groove-V-groove" type, a mechanism that accurately regulates the position of an unfixed ball is provided, so that higher performance can be obtained as a positioning mechanism. There is a part of sex.
上述の実施の形態1において、以下のような変形を施すことができる。
各V溝は他の形状であってもよい。たとえば、対応するキネマボールを2点(または実質的に2点とみなせる接触部)で適切に保持できる構成であれば、溝状曲面や円柱対によって構成されてもよい。
In the first embodiment described above, the following modifications can be made.
Each V-groove may have other shapes. For example, as long as the corresponding kinema ball can be appropriately held at two points (or contact portions that can be regarded as substantially two points), it may be constituted by a groove-shaped curved surface or a cylindrical pair.
各キネマボールは、いずれもボール側基盤110および受け側基盤120に対して微小な転動が可能であれば、中心の位置が実質的に固定されていてもよい。たとえば、弾性部材を内径側に有したボール保持機構の内径が、対応するキネマボールの直径と整合するように構成すれば、キネマボールは、少なくとも受け側基盤120を設置していない状態においては、ボール保持機構の弾性によって常に所定の1点に保持されることになる。このような場合でも、ボール保持機構の弾性部材を弾性率の小さい(変形しやすい)ものにし、基盤の設置時や伸縮時に発生するキネマボールの微小な自由転動を損なわない程度に緩く保持させれば、本発明の効果を得ることができる。
Each kinema ball may be substantially fixed at the center position as long as the kinema ball can roll minutely with respect to the ball-
各ボール保持機構の具体的形状は、図示のものに限らない。ボール保持機構は、対応するキネマボールの、V溝に沿った方向の移動を制限するものであればよく、たとえばV溝に沿った方向両端に、独立する2つの部材が配置されてもよい。また、弾性部材としてゴム等でなくばねを用いてもよい。また、磁力などでキネマボールを所定の移動範囲内に保持してもよい。 The specific shape of each ball holding mechanism is not limited to that illustrated. The ball holding mechanism only needs to limit the movement of the corresponding kinema ball in the direction along the V groove. For example, two independent members may be arranged at both ends in the direction along the V groove. Moreover, you may use a spring instead of rubber | gum etc. as an elastic member. Further, the kinema ball may be held within a predetermined movement range by a magnetic force or the like.
また、いずれかまたは複数のキネマボールについて、移動範囲を制限する必要がない場合には、対応するボール保持機構(一部または全部のボール保持機構)は省略してもよい。たとえば、キネマティック支持機構100の使用者が各キネマボールの移動範囲を把握し、対応するV溝から逸脱しないよう調整できる場合がこれに該当する。
Further, when it is not necessary to limit the movement range of one or a plurality of kinema balls, the corresponding ball holding mechanism (part or all of the ball holding mechanisms) may be omitted. For example, this corresponds to the case where the user of the
また、キネマティック支持機構100は、ボール側基盤110および受け側基盤120を互いに向かって付勢する、押付手段を備えてもよい。
図4に、押付手段の一例の概略を示す(なお図4では一部構成要素の図示を省略している)。実施の形態1では、本発明の効果により、各キネマボール周辺の摩擦が低減するため振動しやすくなる可能性がある。押付手段170はこの振動を抑制するとともに設置精度や安定性を高める効果も期待できる。
The
FIG. 4 schematically shows an example of the pressing means (note that some components are not shown in FIG. 4). In the first embodiment, due to the effect of the present invention, the friction around each kinema ball is reduced, so that vibration may be easily caused. The pressing means 170 can be expected to suppress the vibration and increase the installation accuracy and stability.
押付手段170は、ボール側基盤110に設けられる永久磁石と、受け側基盤120に設けられる電磁石とを備える。電磁石に電流を供給することにより、ボール側基盤110と受け側基盤120との間に吸引力が発生し、振動が抑制され、設置精度や安定性が高くなることが期待できる。なお、押付手段170の具体的構成は、図4のものに限らず、ボール側基盤110および受け側基盤120を互いに向かって付勢するものであればよく、様々に構成することができる。真空吸着、磁気力、電磁気力、圧力、等を用いて実現することができる。
The pressing means 170 includes a permanent magnet provided on the
また、片側の基盤に永久磁石または電磁石(これらをまとめて磁石と称する)を用いる場合には、対向する基盤には磁石でなく強磁性体を含む領域(たとえば鉄等の金属からなる板)を設けてもよい。真空吸着、磁気力、電磁気力、等を用いて吸引する場合には、複数の吸引装置を、支持点の周囲に対称(点対称または回転対称)となる位置に設けるか、支持点を中心として円環状の吸引装置を設けると好適である。また、図1のような配置の場合に、受け側基盤120の上方からアームで機械的に押し付けてもよい。この場合にも支持点周りにおける対称性を確保することが好適である。
Further, when permanent magnets or electromagnets (collectively referred to as magnets) are used for the base on one side, a region (for example, a plate made of a metal such as iron) containing a ferromagnetic material instead of a magnet is provided on the opposing base. It may be provided. When suctioning using vacuum suction, magnetic force, electromagnetic force, etc., install multiple suction devices at positions that are symmetrical (point symmetry or rotational symmetry) around the support point, or centering on the support point It is preferable to provide an annular suction device. In the case of the arrangement as shown in FIG. 1, the arm may be mechanically pressed from above the receiving
各ボール保持機構は、各キネマボールそれぞれを1点に固定する状態(すなわちキネマボールが移動不能となる状態。以下、「ボール固定状態」と呼ぶ)と、キネマボールが所定の広がりを持つ範囲で移動可能となる状態(以下、「ボール移動可能状態」と呼ぶ)とを切り替え可能であってもよい。 Each ball holding mechanism has a state in which each kinema ball is fixed to one point (that is, a state in which the kinema ball cannot move; hereinafter referred to as “ball fixed state”) and a range in which the kinema ball has a predetermined spread. It may be possible to switch between a state in which it can move (hereinafter referred to as a “ball movable state”).
図5に、このような機能を実現するボール保持機構の例を示す。図5(a)はボール固定状態の例であり、図5(b)はボール移動可能状態の例である。なお図5では、図示の都合上、ボール側基盤110および受け側基盤120の形状を図3等とは異ならせている。後述の図6についても同様である。
FIG. 5 shows an example of a ball holding mechanism that realizes such a function. FIG. 5A shows an example of a ball fixed state, and FIG. 5B shows an example of a ball movable state. In FIG. 5, for convenience of illustration, the shapes of the ball-
ボール保持機構180は、キネマボール130を保持する保持部材として、一対の保持部材181a,181bを備える。図5(a)(b)はいずれも、キネマボール130およびその周辺の断面図(上段)と、断面に直交する方向から見た保持部材181a,181bの形状(下段)とを示す。また、保持部材を移動可能に支持する可動支持機構として、一対の可動支持機構182a,182bを備える。可動支持機構182aが保持部材181aを支持し、可動支持機構182bが保持部材181bを支持する。なお、図5の断面図(上段)において、保持部材181a,181bについては断面による切断部端面のみ示している。
The
保持部材181a,181bは、それぞれ内縁に円弧を有する形状の非弾性部材を備えており、図5(a)の状態では、これらがボール側基盤110から等距離に配置され、第1の距離を置いて向かい合った状態において、双方の円弧が同一の円を構成している。この円に沿って保持部材181a,181bがキネマボール130の表面に接し、ボール側基盤110との間でキネマボール130を1点に固定する。
The holding
図5(b)の状態では、保持部材181a,181bの間隔がより広くなっている。すなわち、保持部材181a,181bが、第1の距離より大きい第2の距離を置いて向かい合っている。この状態では、キネマボール130は1点に固定されず、実施の形態1と同様に、所定の広がりを持つ範囲で移動可能となる。
In the state of FIG. 5B, the interval between the holding
このように、ボール固定状態とボール移動可能状態とを切り替え可能としておくと、基盤設置の際の位置精度を向上させることができる。たとえば、使用者は、まずボール固定状態においてボール側基盤と受け側基盤とを設置し、その後ボール移動可能状態に移行させる。このようにすると、各基盤を設置する際の各ボールの位置再現精度が高まるので、基盤の位置精度もより高くなる。とくに、各V溝の位置や向きに誤差がある場合において有効である。 Thus, if the ball fixed state and the ball movable state can be switched, the positional accuracy at the time of base installation can be improved. For example, the user first installs the ball-side base and the receiving-side base in the ball fixed state, and then shifts to the ball movable state. In this way, since the accuracy of position reproduction of each ball at the time of installing each base is increased, the position accuracy of the base is further increased. This is particularly effective when there is an error in the position and orientation of each V-groove.
なお、ボール固定状態とボール移動可能状態とを切り替えるための構成は、当業者であれば適宜設計可能である。たとえば可動支持機構182a,182bを、いずれも互いに同一直線上の異なる位置でスライド移動可能としておき、第1の距離を置いて固定した場合にはボール固定状態となり、互いにスライド移動させて第2の距離を置いて固定した場合にはボール移動可能状態となるよう構成することができる。可動支持機構182a,182bは、適当な支点の周りに回動して開くようにしてもよい。
A person skilled in the art can appropriately design a configuration for switching between the ball fixed state and the ball movable state. For example, when the
保持部材の形状は図示のものに限らない。たとえば半円であってもよい。この場合、ボール固定状態では2つの保持部材が互いに接して円環を構成することになる。また、保持部材の形状は円弧に限らない。ボールを1点に固定可能な形状は、当業者であれば適宜設計可能である。可動支持機構の一部または全部、および、保持部材の一部または全部には、弾性部材を用いてもよい。 The shape of the holding member is not limited to that illustrated. For example, it may be a semicircle. In this case, in the ball fixed state, the two holding members are in contact with each other to form a ring. The shape of the holding member is not limited to an arc. Those skilled in the art can appropriately design the shape that can fix the ball to one point. An elastic member may be used for part or all of the movable support mechanism and part or all of the holding member.
図6に、図5とは異なる構成のボール保持機構183の構成の例を示す。図6(a)はボール固定状態の例であり、図6(b)はボール移動可能状態の例である。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the
ボール保持機構183は、キネマボール130を保持する保持部材として、一対の保持部材184a,184bを備える。また、保持部材を移動可能に支持する可動支持機構として、一対の可動支持機構185a,185bを備える。可動支持機構185aが保持部材184aを支持し、可動支持機構185bが保持部材184bを支持する。なお、図6において、保持部材184a,184bについては断面による切断部端面のみ示している。また、図6において、可動支持機構185a,185bをボール側基盤110に対して固定する部材等についてはとくに図示していない。
The
保持部材184a,184bの形状は、たとえば図5の保持部材181a,181bと同様に構成可能である。また、保持部材184a,184bは、ボール側基盤110からいずれも第1の距離を置いて配置され、双方の円弧が同一の円を構成している。この円に沿って保持部材184a,184bがキネマボール130の表面に接し、ボール側基盤110との間でキネマボール130を1点に固定する。
The shapes of the holding
図6(b)の状態では、保持部材184a,184bが持ち上がっている。すなわち、保持部材184a,184bが、ボール側基盤110から、いずれも第1の距離より大きい第2の距離を置いて配置されている。この状態では、キネマボール130は1点に固定されず、実施の形態1と同様に、所定の広がりを持つ範囲で移動可能となる。
In the state of FIG. 6B, the holding
ボール固定状態とボール移動可能状態とを切り替えるための構成は、当業者であれば適宜設計可能である。たとえば可動支持機構185a,185bを、それぞれボール側基盤110と平行でない方向(たとえばボール側基盤110と直交する方向)にスライド移動可能としておき、ボール側基盤110から第1の距離を置いて固定した場合にはボール固定状態となり、これらをスライド移動させてボール側基盤110から第2の距離を置いて固定した場合にはボール移動可能状態となるよう構成することができる。
A person skilled in the art can appropriately design the configuration for switching between the ball fixed state and the ball movable state. For example, the
保持部材の形状は図示のものに限らない。たとえば半円であってもよい。この場合、ボール固定状態では2つの保持部材が互いに接して円環を構成することになる。また、図6のような例では保持部材の各部分の相対的位置関係が常に固定されているので、保持部材が複数に分離している必要はなく、単一の部材(たとえば、ワッシャーのような単一の円環状部材)によって構成してもよい。また、保持部材の形状は円弧や円環に限らない。ボールを1点に固定可能な形状は、当業者であれば適宜設計可能である。可動支持機構の一部または全部、および、保持部材の一部または全部には、弾性部材を用いてもよい。 The shape of the holding member is not limited to that illustrated. For example, it may be a semicircle. In this case, in the ball fixed state, the two holding members are in contact with each other to form a ring. Further, in the example as shown in FIG. 6, since the relative positional relationship of each part of the holding member is always fixed, the holding member does not have to be separated into a plurality of parts, but a single member (for example, a washer) A single annular member). Further, the shape of the holding member is not limited to an arc or a ring. Those skilled in the art can appropriately design the shape that can fix the ball to one point. An elastic member may be used for part or all of the movable support mechanism and part or all of the holding member.
100 キネマティック支持機構、110 ボール側基盤(第1支持部材)、111 V溝(第1溝部)、112 V溝(第2溝部)、113 V溝(第3溝部)、120 受け側基盤(第2支持部材)、121 V溝(第4溝部)、122 V溝(第5溝部)、123 V溝(第6溝部)、130 キネマボール(第1ボール)、140 キネマボール(第2ボール)、150 キネマボール(第3ボール)、161 ボール保持機構(第1ボール保持機構)、162 ボール保持機構(第2ボール保持機構)、163 ボール保持機構(第3ボール保持機構)、170 押付手段。 100 kinematic support mechanism, 110 ball side base (first support member), 111 V groove (first groove), 112 V groove (second groove), 113 V groove (third groove), 120 receiving side base (first 2 support members), 121 V-groove (fourth groove), 122 V-groove (fifth groove), 123 V-groove (sixth groove), 130 kinema ball (first ball), 140 kinema ball (second ball), 150 kinema ball (third ball), 161 ball holding mechanism (first ball holding mechanism), 162 ball holding mechanism (second ball holding mechanism), 163 ball holding mechanism (third ball holding mechanism), 170 pressing means.
Claims (5)
前記第1支持部材は、第1溝部、第2溝部および第3溝部を備え、
前記第2支持部材は、第4溝部、第5溝部および第6溝部を備え、
前記第1ボール、第2ボールおよび第3ボールは、いずれも前記第1支持部材および前記第2支持部材に対して運動可能であり、
前記第1溝部および前記第4溝部は、前記第1ボールを挟んで対向し、
前記第2溝部および前記第5溝部は、前記第2ボールを挟んで対向し、
前記第3溝部および前記第6溝部は、前記第3ボールを挟んで対向し、
前記第1支持部材は、
前記第1ボールの位置を第1の移動範囲内に制限する第1ボール保持機構と、
前記第2ボールの位置を第2の移動範囲内に制限する第2ボール保持機構と、
前記第3ボールの位置を第3の移動範囲内に制限する第3ボール保持機構と、
を備え、
前記各移動範囲は有限の広がりを有し、
前記第1ボール保持機構は、前記第1ボールを前記第1の移動範囲の内側方向に付勢する弾性部材を備え、
前記第2ボール保持機構は、前記第2ボールを前記第2の移動範囲の内側方向に付勢する弾性部材を備え、
前記第3ボール保持機構は、前記第3ボールを前記第3の移動範囲の内側方向に付勢する弾性部材を備える、キネマティック支持機構。 A kinematic support mechanism comprising a first support member, a second support member, a first ball, a second ball, and a third ball,
The first support member includes a first groove portion, a second groove portion, and a third groove portion,
The second support member includes a fourth groove portion, a fifth groove portion, and a sixth groove portion,
The first ball, the second ball, and the third ball are all movable with respect to the first support member and the second support member;
The first groove portion and the fourth groove portion face each other with the first ball interposed therebetween,
The second groove portion and the fifth groove portion face each other with the second ball interposed therebetween,
The third groove portion and the sixth groove portion face each other with the third ball interposed therebetween,
The first support member is
A first ball holding mechanism for limiting the position of the first ball within a first movement range;
A second ball holding mechanism for limiting the position of the second ball within a second movement range;
A third ball holding mechanism for limiting the position of the third ball within a third movement range;
With
Each of the moving ranges has a finite extent;
The first ball holding mechanism includes an elastic member that biases the first ball toward the inner side of the first movement range,
The second ball holding mechanism includes an elastic member that biases the second ball toward the inner side of the second movement range,
The third ball holding mechanism includes an elastic member for biasing said third ball inwardly of the third movement range of key nematic support mechanism.
前記第1支持部材は、第1溝部、第2溝部および第3溝部を備え、
前記第2支持部材は、第4溝部、第5溝部および第6溝部を備え、
前記第1ボール、第2ボールおよび第3ボールは、いずれも前記第1支持部材および前記第2支持部材に対して運動可能であり、
前記第1溝部および前記第4溝部は、前記第1ボールを挟んで対向し、
前記第2溝部および前記第5溝部は、前記第2ボールを挟んで対向し、
前記第3溝部および前記第6溝部は、前記第3ボールを挟んで対向し、
ボール固定状態とボール移動可能状態とを切り替え可能なボール保持機構を備える、キネマティック支持機構。 A kinematic support mechanism comprising a first support member, a second support member, a first ball, a second ball, and a third ball,
The first support member includes a first groove portion, a second groove portion, and a third groove portion,
The second support member includes a fourth groove portion, a fifth groove portion, and a sixth groove portion,
The first ball, the second ball, and the third ball are all movable with respect to the first support member and the second support member;
The first groove portion and the fourth groove portion face each other with the first ball interposed therebetween,
The second groove portion and the fifth groove portion face each other with the second ball interposed therebetween,
The third groove portion and the sixth groove portion face each other with the third ball interposed therebetween,
It comprises a ball holding mechanism capable of switching a ball fixed state and a ball movably, key nematic support mechanism.
第4溝部、第5溝部および第6溝部は、放射状に配置され、
前記第1溝部は2点において前記第1ボールに当接し、
前記第2溝部は2点において前記第2ボールに当接し、
前記第3溝部は2点において前記第3ボールに当接し、
前記第4溝部は2点において前記第1ボールに当接し、
前記第5溝部は2点において前記第2ボールに当接し、
前記第6溝部は2点において前記第3ボールに当接する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のキネマティック支持機構。 The first groove portion, the second groove portion and the third groove portion are arranged radially,
The fourth groove portion, the fifth groove portion and the sixth groove portion are arranged radially,
The first groove abuts the first ball at two points,
The second groove portion contacts the second ball at two points,
The third groove portion contacts the third ball at two points,
The fourth groove portion contacts the first ball at two points,
The fifth groove abuts on the second ball at two points,
The sixth groove abuts on the third ball at two points;
The kinematic support mechanism according to any one of claims 1 to 3 .
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